内容正文:
曲线运动 运动的合成与分解
2026
考点一 物体做曲线运动的条件及其轨迹分析
强基础•固本增分
1.速度的方向
质点在某一点的速度方向,沿曲线在这一点的 。
2.曲线运动的性质
做曲线运动的物体,速度的 时刻在改变,所以曲线运动一定是
运动。
(1)加速度恒定: 运动;
(2)加速度变化:非匀变速曲线运动。
切线方向
方向
变速
匀变速曲线
3.做曲线运动的条件
4.合力方向与轨迹的关系
物体做曲线运动的轨迹一定夹在合力方向和速度方向之间,速度方向与轨迹相切,合力方向 。
合力方向与速度方向永远不可能平行
指向轨迹的凹侧
研考点•精准突破
1.合力方向与轨迹的关系
无力不拐弯,拐弯必有力。曲线运动的轨迹始终夹在合力方向与速度方向之间,而且向合力的方向弯曲,或者说合力的方向总是指向轨迹的凹侧。
2.合力方向与速率变化的关系
典题1 (2023全国乙卷)小车在水平地面上沿轨道从左向右运动,动能一直增加。如果用带箭头的线段表示小车在轨道上相应位置处所受合力,下列四幅图可能正确的是( )
D
解析 物体做曲线运动时,合力指向轨迹的内侧,且与速度方向成锐角时,速率增大。小车从左向右运动,动能一直增加, 因此速率变大,速度的方向为轨迹的切线方向且指向右侧。选项D正确,A、B、C错误。
考点二 运动的合成和分解及运动性质分析
强基础•固本增分
1.基本概念
(1)运动的合成:已知 求合运动。
(2)运动的分解:已知 求分运动。
2.遵循的规律
位移、速度、加速度都是矢量,故它们的合成与分解都遵循 。
3.运动分解的原则
根据运动的 分解,也可采用正交分解法。
分运动
合运动
平行四边形定则
实际效果
4.合运动与分运动的关系
(1)等时性:合运动和分运动经历的 相等,即同时开始、同时进行、同时停止。
(2)独立性:一个物体同时参与几个分运动,各分运动 ,不受其他分运动的影响。
(3)等效性:各分运动的规律叠加起来与合运动的规律有完全相同的 。
时间
独立进行
效果
提示 根据平行四边形定则可知,玻璃管水平方向的移动速度为v2==0.4 m/s,蜡块沿玻璃管匀速上升的时间t==3 s,在此时间内玻璃管沿水平方向移动的位移s2=v2t=1.2 m。
研考点•精准突破
判断两个直线运动的合运动性质的方法
分别把两个直线运动的初速度和加速度合成,然后根据合加速度特点以及合加速度与合初速度方向的关系判断合运动的性质。
(1)若合加速度不变,则为匀变速运动;若合加速度(大小或方向)变化,则为非匀变速运动。
(2)若合加速度的方向与合初速度的方向在同一直线上,则为直线运动,否则为曲线运动。
特别提醒 (1)分析运动的合成与分解问题时,一般情况下按运动效果进行分解。
(2)要注意分析物体在两个方向上的受力及运动规律,分别在两个方向上列式求解。
(3)两个方向上的分运动具有等时性,这常是处理运动分解问题的关键点。
也可以任意分解
考向一合运动与分运动的关系
典题2 跳伞表演是人们普遍喜欢的观赏性体育项目之一,如图所示,当运动员从直升机上由静止跳下后,在下落过程中将会受到水平风力的影响,下列说法正确的是( )
A.风力越大,运动员下落时间越长,可完成的动作越多
B.风力越大,运动员着地时的竖直速度越大,有可能对运动员造成伤害
C.运动员下落时间与风力无关
D.运动员着地速度与风力无关
C
解析 运动员同时参与了两个分运动,竖直方向上向下落的分运动和水平方向上随风飘的分运动,两个分运动同时发生,相互独立,水平方向上的风力大小不影响竖直方向上的分运动,即下落时间和竖直方向上的加速度不变,故A、B错误,C正确;水平风力越大,运动员水平方向上的速度越大,则着地时的合速度越大,故D错误。
考向二两个互成角度运动的合运动性质的判断
典题3 质点Q在xOy平面内运动,其在x轴方向和y轴方向的分运动图像分别如图甲和图乙所示,下列说法正确的是( )
A.质点Q做匀变速直线运动,初速度为12 m/s
B.质点Q做匀变速曲线运动,加速度为5 m/s2
C.质点Q做匀变速直线运动,2 s末的速度为20 m/s
D.质点Q做匀变速直线运动,2 s内的位移为45 m
C
解析 根据匀变速直线运动位移公式s=v0t+at2可得at+v0,所以由图甲可知质点在x轴上的分运动是匀变速直线运动,初速度v0x=6 m/s,加速度ax=2k1=2× m/s2=3 m/s2;根据图乙可知,质点在y轴上的分运动是匀变速直线运动,初速度v0y=8 m/s,加速度ay=k2= m/s2=4 m/s2;因为,可知质点的初速度和加速度在同一条直线上,所以质点做匀变速直线运动,初速度为v0==10 m/s,加速度为a==5 m/s2,A、B错误。质点做匀变速直线运动,2 s末的速度为v=v0+at=(10+5×2) m/s=20 m/s,C正确。2 s内的位移为s=v0t+at2= m=30 m,D错误。
考向三运动的分解
典题4 由于卫星的发射场不在赤道上,同步卫星发射后需要从转移轨道经过调整再进入地球同步轨道。当卫星在转移轨道上飞经赤道上空时,发动机点火,给卫星一附加速度,使卫星沿同步轨道运行。已知同步卫星的环绕速度约为3.1×103 m/s,某次卫星在转移轨道上飞经赤道上空时的速度为1.55×103 m/s,此时卫星的高度与同步轨道的高度相同,转移轨道和同步轨道的夹角为30°,如图所示,则发动机给卫星的附加速度的方向和大小约为
( )
A.西偏北方向,1.9×103 m/s
B.东偏南方向,1.9×103 m/s
C.西偏北方向,2.7×103 m/s
D.东偏南方向,2.7×103 m/s
B
解析 合速度为同步卫星的环绕速度,即v=3.1×103 m/s;一个分速度为卫星在转移轨道上飞经赤道上空时的速度,即v1=1.55×103 m/s;合速度与该分速度的夹角为30°,根据平行四边形定则,另一个分速度v2如图所示,该分速度的方向为东偏南方向,根据余弦定理,大小为v2==1.9×103 m/s,故B正确,A、C、D错误。
考点三 小船渡河问题
强基础•固本增分
1.船的实际运动是水流的运动和船相对静水的运动的合运动。
2.三种速度:v1(船在静水中的速度)、v2(水流速度)、v(船的实际速度)。
3.小船渡河的两类问题、三种情境
渡河时
间最短 当船头方向垂直河岸时,渡河时间最短,最短时间tmin=
渡河位
移最短 如果v1>v2,当船头方向与上游夹角θ满足v1cos θ=v2时,合速度垂直河岸,渡河位移最短,等于河宽d
如果v1<v2,当船头方向与合速度方向垂直时,渡河位移最短,等于
提示 炮弹的实际速度方向沿目标方向,该速度是船的速度与射击速度的合速度,根据平行四边形定则,知射击的方向偏向目标的西侧。A正确。
研考点•精准突破
A
考向一渡河时间问题
典题5 (2024广东广州期末)某市进行防溺水安全演练,消防员计划以一定的速度驾驶皮艇用最短时间救援被困于礁石上的人员,如图所示,假设河中各处水流速度相等,下列关于救援时皮艇头部指向的说法正确的是( )
A.应在河岸A处沿v1方向进行救援
B.应在河岸A处沿v2方向进行救援
C.应在河岸B处沿v3方向进行救援
D.应在河岸B处沿v4方向进行救援
解析 若救援所用时间最短,则消防员的速度应与河岸垂直,且出发点应位于礁石上游。故选A。
A
考向二最短位移渡河问题
典题6 (2024广东期末)如图为救生员驾驶冲锋舟在河水中向对岸被困人员实施救援的路线示意图。假设冲锋舟的静水速度v1大小不变,救生员首先以最短时间渡河,从A处沿直线到B处,接到被困人员后,又以最短位移回到河岸C处,回程时间恰好为去程时间的2倍,假设水流速度v2处处相同,则v2∶v1为( )
A. B.
C. D.
解析 设河宽为d,救生员以最短时间渡河,渡河时间为t1=,救生员以最短位移回到河岸C处,垂直河岸方向的速度为v=,救生员以最短位移回到河岸C处的时间为t2=,又t2=2t1,解得v2∶v1=,故选A。
考点四 绳(杆)端速度分解问题
强基础•固本增分
1.两物体通过不可伸长的轻绳(杆)相连,当两物体都发生运动,且物体运动的方向不沿绳(杆)时,两物体的速度是关联的。
2.处理关联速度问题的方法:认清哪个是合速度、哪个是分速度。物体的实际速度一定是合速度,分解时两个分速度方向取沿绳(杆)方向和垂直绳(杆)方向。
3.常见的速度分解模型
情境图示 定量结论
v=v物cos θ
vB=v∥=vAcos θ
情境图示 定量结论
v∥=v∥'
即v物cos θ=v物'cos α
v∥=v∥'
即vBcos α=vAcos β
研考点•精准突破
D
考向一绳端速度分解问题
典题7 (2024广东期末)2024年央视春晚舞蹈节目《锦鲤》华丽登场,展现出别样的东方美,寓意鱼跃龙门好运连连。如图为表演时的简化示意图,工作人员甲以速度v沿直线水平向左匀速拉轻绳,表演者乙在空中升起,则在此过程中( )
A.表演者乙匀加速上升
B.表演者乙匀减速上升
C.当θ=45°时,甲与乙的速度大小之比为1∶1
D.当θ=30°时,甲与乙的速度大小之比为2∶
解析 根据沿绳方向速度大小相等得v乙=v甲cos θ,工作人员甲以速度v沿直线水平向左匀速拉轻绳,θ角变小,则cos θ变大,表演者乙向上做加速运动,当θ趋近于0°时,表演者乙的速度趋近于v,表演者乙的加速度趋近于零,则表演者乙变加速上升,故A、B错误;当θ=45°时,甲与乙的速度大小之比为v甲∶v乙=1∶cos θ=2∶,故C错误;当θ=30°时,甲与乙的速度大小之比为v甲∶v乙=1∶cos θ=2∶,故D正确。
B
考向二杆端速度分解问题
典题8 (2023广东茂名一模)如图所示,一根长为L的直杆一端抵在墙角,一端倚靠在物块的光滑竖直侧壁上,物块向左以速度大小v运动时,直杆绕O点做圆周运动且始终与物块间有弹力。当直杆与水平方向的夹角为θ时,则
( )
A.A点速度大小也为v
B.A点速度大小与θ有关
C.A点速度方向与θ无关
D.A点速度方向与OA成θ角
解析 直杆与物块接触点的实际运动即合运动vA,方向垂直于杆指向左下方,该速度沿水平方向上的速度分量等于v,即v=vAsin θ,得vA=,故选B。
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